植物細(xì)胞繼承了從母細(xì)胞向上和向下的位置的知識(shí)
知道哪種方式上升或下降對(duì)所有生物都很重要。對(duì)于生長在土壤和花朵上方的植物而言,這種極化錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致許多問題。在植物中,整個(gè)生物體的極化取決于每個(gè)被極化的細(xì)胞。然而,細(xì)胞分裂會(huì)破壞極化。如何重建極性以前是未知的。
現(xiàn)在,奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(IST奧地利)的研究人員解決了一個(gè)難題:他們發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞繼承了母細(xì)胞上下的知識(shí)。該研究由奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(IST奧地利)教授Ji?íFriml,MatoušGlanc博士領(lǐng)導(dǎo)。Friml集團(tuán)的學(xué)生MatyášFendrych,以前是Friml集團(tuán)的博士后,現(xiàn)在是布拉格查理大學(xué)的助理教授,今天在Nature Plants上發(fā)表。
激素生長素的定向轉(zhuǎn)運(yùn)在植物中建立極化,但這種轉(zhuǎn)運(yùn)依賴于每個(gè)細(xì)胞中PIN生長素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的極性分布。這意味著每個(gè)單元格必須以極性組織,以便工廠區(qū)分向下。然而,細(xì)胞分裂提出了挑戰(zhàn):在每個(gè)部門,極性膜蛋白(例如PIN生長素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)的運(yùn)輸被重定向到兩個(gè)新形成的膜。因此,PIN生長素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)極性在其中一個(gè)子細(xì)胞中丟失每次分裂后。如何再次設(shè)置正確的極性是未知的。使用一種新的轉(zhuǎn)基因擬南芥植物系,其中熒光PIN生長素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白只能在分裂細(xì)胞中進(jìn)行,研究人員實(shí)時(shí)跟蹤PIN蛋白及細(xì)胞分裂過程中的極性。
第一作者馬圖斯·格蘭克說,他們發(fā)現(xiàn)的是令人驚訝的。“我們認(rèn)為細(xì)胞需要與鄰居通信以正確地重新建立極性。所以我們首先尋找將在細(xì)胞之間發(fā)送的信號(hào)。但我們沒有找到這樣的東西。相反,我們發(fā)現(xiàn)極性是通過母細(xì)胞。“
Glanc補(bǔ)充道,目前尚不清楚母細(xì)胞如何與子細(xì)胞上下交流。“我們知道極性信息不是通過來自鄰居的信號(hào)來傳達(dá)的,而是從母細(xì)胞中傳承的 - 我們?nèi)匀辉噲D了解它是如何的。”
研究人員還發(fā)現(xiàn),從細(xì)胞表面去除蛋白質(zhì)的內(nèi)吞作用對(duì)于這種極性重建至關(guān)重要。以前,人們認(rèn)為分裂后“錯(cuò)誤”細(xì)胞側(cè)的PIN生長素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白被內(nèi)吞作用去除并穿梭到正確的一側(cè)。在論文中,研究人員表明,錯(cuò)誤放置的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白不是被運(yùn)送到周圍,而是被內(nèi)吞和破壞。制造新的PIN轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白并將其插入細(xì)胞膜的正確側(cè)面。
一組激酶PINOID及其同源物WAG1和WAG2通過稱為磷酸化的化學(xué)反應(yīng)修飾PIN轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,并且對(duì)于確定它們的極性也是至關(guān)重要的。所有三種激酶不再起作用的植物在細(xì)胞分裂后不能重新建立極性。在這些突變體中,我們看到當(dāng)植物出現(xiàn)極性錯(cuò)誤時(shí)會(huì)發(fā)生什么:根不會(huì)沿著重力向下生長到土壤中,而是揮動(dòng)并轉(zhuǎn)向。
格蘭克說,雖然該研究為如何重建極性提供了一些關(guān)鍵的答案,但仍有更多的問題需要解決。“我們已經(jīng)確定內(nèi)吞作用和磷酸化是極性建立的關(guān)鍵步驟,我們已經(jīng)證明極性是從母體遺傳的。但我們?nèi)匀恍枰业竭z傳信息的本質(zhì)。它是細(xì)胞固有的東西,但是蛋白質(zhì)是什么,脂質(zhì)或糖的參與還有待觀察。“
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